Developing Novel Arginine Biased Arrays for Epigenetic Research

Epicypher, Inc., Research Triangle Park NC

Investigators

Linked publications & trials

Abstract

PROJECT SUMMARY    Epigenetic  regulators  represent  a  new  frontier  in  drug  discovery  and  are  rapidly  attracting  pharmaceutical  interests  due  to  their  remarkable  ?druggability?  and  strong  connection  with  human  diseases  (e.g.,  metabolic  syndromes,  neurodegenerative  disorders,  and  cancers).  To  date,  the  epigenome  consists  of  over  300  known  proteins.  However,  very  few  epigenetic  modifiers  are  being  pursued  in  drug  development  programs due to our limited understanding of what proteins these enzymes regulate. This narrow saturation of  the  epigenetic  ?drug  arena?  is  fueled  by  a  dearth  of  tools  to  systematically  identify  and  characterize  potential  targets. To aid in the discovery of novel relationships between enzymes and the proteins that they target, we will  commercialize  high  complexity  oriented  peptide  array  libraries,  (OPALs).  In  Phase  I  studies,  we  synthesized  OPAL  libraries,  comprising  a  core  arginine  (R-­OPAL)  or  lysine  (K-­OPAL)  residue  with  flanking  degenerate  sequences  (+/-­  3  or  4  amino  acids  in  both  N-­  and  C-­terminal  directions;  Figure  1)  and  demonstrated  that  OPALs  are  powerful  tools  to  systematically  characterize  target  motifs  of  writer  enzymes.  Our  focus  here  is  to  develop OPALs to examine ?writer? enzymes that modify lysine or arginine residues. In Phase II, EpiCypher will  scale up synthesis of the unmodified K-­OPAL and R-­OPAL peptide libraries and optimize a high-­throughput 96-­ well assay format for validation using methyltransferase assays developed in the Phase I studies (Aim 1). We  will  also  vastly  expand  the  commercial  utility  of  our  discovery  platform  on  two  fronts:  1)  developing  a  non-­ radioactive detection system and a user-­friendly data analysis pipeline establishing (Aim 2)? and 2) expanding  our K-­OPAL platform to analyze lysine-­acylation writer enzymes (Aim 3). Seven additional lysine-­modified acyl  group  post-­translational  modifications  (of  which  acetylation  is  a  founding  member)  have  been  recently  identified (e.g., crotonylation, butyrylation, or propionylation), which function together with lysine acetylation to  regulate  gene  activation.  Given  the  well-­described  role  of  histone  acetylation  in  disease,  these  new  acylation  PTMs  represent  an  exciting  new  field  of  epigenetic  study  that  has  great  drug  development  potential.  The  innovative  discovery  platform  described  herein  provides  the  first  comprehensive  screening  tool  to  study  epigenetic  ?writer?  enzymes.  EpiCypher  has  assembled  a  strong  scientific  team  consisting  of  pioneers  in  the  field  of  epigenetic  regulation  (Drs.  Mark  Bedford  and  Scott  Rothbart)  and  detection  chemistry  (Dr.  Marcey  Waters)  to  develop  a  robust,  versatile,  and  user-­friendly  discovery  platform  that  will  have  a  powerful  translational impact on epigenetic research and therapeutic development.